www.jtkl.polinema.ac.id DOI: http://dx.doi.org/10.33795/jtkl.v5i2.252
Disetujui: 22 Oktober 2021
Jl. Soekarno Hatta No. 9, Malang 65141, Indonesia
E-mail: prayitno@polinema.ac.id

## Penyisihan Pencemar Air Limbah Industri Rumput Laut Menggunakan Nano Karbon Aktif
Prayitno 1,* , Nanik Hendrawati 1 Indrazno Siradjuddin 2
1 Jurusan Teknik Kimia, Politeknik Negeri Malang, Jl. Soekarno Hatta No. 9, Malang 65141, Indonesia
2 Jurusan Teknik Elektro, Politeknik Negeri Malang, Jl. Soekarno Hatta No. 9, Malang 65141, Indonesia
*E-mail: prayitno@polinema.ac.id

## ABSTRAK
Air  limbah  yang  dihasilkan  oleh  industri  pengolahan  rumput  laut  memiliki  volume  yang  cukup  besar  dengan karakteristik pH: 11-13 (alkalis), BOD: 200-300 ppm, COD: 500-700 ppm  sehingga kurang efisien jika diolah menggunakan  proses  biologi  dan  adsorpsi  kimiawi.  Penelitian  bertujuan  untuk  menganalisa  kemampuan  nano karbon  aktif  mengadsorpsi  bahan-bahan  pencemar  ( pollutans )  dalam  suatu  kolom  adsorpsi  alir  kontinyu. Penelitian  dilakukan  dengan  cara  mengalirkan  air  limbah  rumput  laut  ke  dalam  kolom  adsorpsi  yang  berisi adsorben nano karbon aktif pada ukuran 1-25 nm. Variabel percobaan yang digunakan adalah tekanan operasi (2 dan  4  MPa),  serta  berat  adsorben  nano  karbon  aktif  (50,  100  dan  150  g)  dengan  lama  adsorpsi  1  jam.  Hasil percobaan menunjukkan bahwa pada tekanan 4 MPa dan berat adsorpben nano karbon aktif 150 g dengan waktu adsorpsi selama 25 menit memberikan penyisihan BOD, COD dan TSS maksimal masing-masing sebesar 96,4; 96,4 dan 94,5%.
Kata Kunci : Alkalis, bahan organik, nano karbon aktif, penyisihan, rumput laut.

## ABSTRACT
Wastewater produced by the seaweed processing industry has a large enough volume with the characteristics of pH: 11-13 (alkaline), BOD: 200-300 ppm, COD:  500-700 ppm so it is less efficient if treated using biological processes and chemical adsorption. The aim of this research is to analyze the ability of activated carbon nano to adsorb  pollutants  in  a  continuous  flow  adsorption  column.  The  study  was  conducted  by  flowing  wastewater seaweed  into  the  adsorption  column  containing  the  adsorbent  activated  carbon  nano  in  size  1-25  nm.  The experimental variables used were operating pressure (2 and 4 MPa), as well as weight of activated carbon nano adsorbent (50, 100 and 150 g) with adsorption time of 1 hour. The experimental results showed that at pressure of 4 MPa and weight of activated carbon nano adsorbent of 150 g with an adsorption time of 25 minutes gave the maximum removal of BOD, COD and TSS were 96.4, 96.4 and 94.5%, respectively.
Keywords : Alkalis, organic matter, nano activated carbon, removal, seaweed.

## 1.  PENDAHULUAN
Dalam  industri  pengolahan  rumput  laut menjadi  produk  ATCC  ( Alkaline  Treated Cottoni Chips ) dimana rumput laut mengalami  proses dry  cleaning- pemasakan- pencucian-penjemuran-pengeringan  ( oven )- chipping - mixing - packging .
Proses pemasakan dan pencucian umumnya menggunakan  larutan  KOH  sehingga  air limbah yang dihasilkan memiliki karakteristik  sebagai  berikut:  pH  (11-13), BOD  (200-300  mg/L),  COD  (500-700 mg/L)  dan  TSS  (150-300  mg/L)  [1].
Beberapa  jenis  pengolahan  telah  dilakukan untuk menurunkan kandungan bahan pencemar dalam air limbah industri pengolahan  rumput  laut,  antara  lain:  proses lumpur aktif, kontak stabilisasi dan adsorpsi karbon  aktif.  Namun,  volume  air  limbah yang  sangat  besar  (200-300  m 3 /hari)  dan karakteristik  air  limbah  yang  alkalis  serta mengandung  bahan-bahan  organik  yang cukup  tinggi  menyebabkan  proses  biologi maupun  adsorpsi  kimiawi  kurang  efektif yaitu  membutuhkan  lahan  luas  dan  biaya operasional  tinggi.  Pada  sisi  lain,  teknologi
nano dalam beberapa jenis dan bentuk nano partikel  telah  banyak  digunakan  dalam proses  pengolahan  air  limbah  industri dengan beberapa kelebihan yang dimiliki [2- 5].
Yulianis,  dkk.  [6]  menyebutkan  bahwa adsorpsi ion logam Cu 2+ menggunakan nano zeolit  alam  yang  diaktivasi  menunjukkan adsorpsi  optimum  pada  konsentrasi  awal 40 mg/L,  berat  adsorben  1  g,  pH  6  dan  waktu kontak 120 menit dengan persen penyerapan sebesar  99,86%.  Cahyaningrum,  dkk.  [7] menyebutkan  bahwa  dengan  menggunakan kitosan  nano  adsorben bead memiliki    laju adsorpsi  lebih  cepat  dibanding  kitosan serbuk dalam mengadsorpsi Zn 2+ dan Cu 2+ . Munandar, dkk. [8] menyatakan bahwa nano karbon  aktif  lebih  baik  dibandingkan  nano zeolit  dalam  menyisihkan  COD    dalam limbah  cair  tandan  kelapa  sawit.  Dimana pada  waktu  adsorpsi  8  jam,  nano  karbon aktif  mampu  menyisihkan  COD  sebesar 93,15%,  sementara  nano  zeolit  hanya mampu  menyisihkan  COD  sebesar  85,11%. Beberapa  faktor-faktor  yang  mempengaruhi dalam  proses  adsorpsi  menggunakan  nano adsorben  antara  lain:  suhu,  ukuran  partikel, tekanan,  berat  adsorben,  lama  adsorpsi  dan koagulasi [9,10]. Nano karbon aktif memiliki  beberapa  kelebihan,  antara  lain: laju  adsorpsi  cepat  dan  luas  permukaan spesifik luas [11]. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untuk menganalisa kemampuan nano  karbon  aktif  dalam  mengadsorpsi bahan organik (BOD, COD) dan TSS dalam air limbah industri pengolahan rumput laut.

## 2.  METODE PENELITIAN
Penelitian  dilakukan  dengan  menggunakan air  limbah  yang  dihasilkan  dari  proses pencucian  dan  perendaman  pada  industri pengolahan  rumput  laut  jenis  ATCC. Peralatan  yang  digunakan  berupa  kolom adsorpsi  yang  berisi  nano  karbon  aktif dengan  ukuran  10-100  nm  dengan  skema proses  seperti  yang  ditunjukkan  pada Gambar  1.  Sedangkan,  variabel  yang digunakan  adalah  tekanan  operasi  (2  dan  4
MPa)  dan  berat  nano  karbon  aktif  (50,  100 dan 150 g).
Keterangan:
1. Tangki umpan air limbah
2. Jet pump
3. Kolom adsorpsi (CNTs)
4. Fluks
5. Manometer Tekanan
Gambar 1. Skema proses adsorpsi menggunakan CNTs.

## 2.1.  Persiapan Bahan
Air  limbah  buangan  dari  proses  pengolahan rumput laut dilakukan pre-treatment melalui proses  netralisasi  (penambahan  larutan H 2 SO 4 95%), koagulasi-flokulasi (penambahan  Al 2 (SO 4 ).10H 2 O  5%),  dan filtrasi.  Selanjutnya,  air  limbah  hasil pre- treatment dilakukan sampling untuk dianalisa  kadar  pH,  BOD,  COD  dan  TSS, dimana  kadar  TSS  yang  dipersyaratkan sebesar ≤ 0,1 mg/L. Hal ini diperlukan untuk menghindari terjadinya penyumbatan ( fouling ) pada kolom adsorpsi ( carbon nano tube,  CNTs )  [9,12].  Nano  karbon  berupa karbon  aktif  berbentuk  serbuk  berukuran nano (10-100 nm).

## 2.2.  Persiapan Alat
Kolom  adsorpsi  ( carbon  nano  tube,  CNTs ) dibuat  dengan  cara  mengisi  nano  karbon aktif  ukuran  10-100  nm  dalam  bentuk serbuk  ke  dalam  pipa stainless  steel (SS) koaksial  berdiameter  ½ inch kemudian diberi  tekanan  sebesar  5  MPa  hingga membentuk  padatan  ( pellet ).  Sedangkan, pompa  yang  digunakan  adalah jet  pump (pompa bertekanan tinggi).
1 2 3 4 5

## 2.3.  Prosedur Percobaan
Umpan  (air  limbah)  sebanyak  20  L  dari tangki  umpan  dipompa  ke  kolom  adsorpsi (CNTs)  yang  berisi  nano  karbon  aktif dengan  berat  50  g  pada  laju  tertentu  hingga perbedaan  tekanan  antara input-output kolom  adsorpsi  sebesar  0,005-0,015  MPa. Proses  berlangsung  secara  kontinyu  hingga 2 jam dan tekanan diatur stabil pada 2 atau 4 MPa.  Proses  adsorpsi  berlangsung  pada tekanan  tinggi  disebabkan  ukuran  adsorben (karbon  aktif)  yang  berukuran  nano  dengan kerapatan  tinggi  sehingga  perlunya  tekanan tinggi  agar  fluida  dapat  mengalir.  Filtrat hasil  adsorpsi  sebagai effluents dilakukan sampling  untuk  dianalisa  kadar  BOD,  COD dan  TSS.  Percobaan  diulang  dengan menggunakan  berat  adsorben  nano  karbon aktif sebesar 100 atau 150 g.

## 2.4.  Metode Analisa
Analisa  kadar  BOD  SNI  6989.72:2009 menggunakan metode botol winkler , analisa kadar COD SNI 6989.15:2019
menggunakan  metode  refluks  terbuka, analisa TSS SNI 6989.3:2019 menggunakan metode gravimetri, sedangkan analisa ukuran  nano  karbon  aktif  menggunakan Scanning  Electron  Microscopy (SEM)  dan Transmission Electron Microscopy (TEM).

## 3.  HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1.  Kualitas Awal Umpan
Hasil  pengukuran  awal  konsentrasi  air limbah  umpan  ( feed )  yang  masuk  pada kolom  adsorpsi  ( carbon  nano  tube,  CNTs ) adalah  bervariasi:  pH  (6,5-7,5),  BOD  (140- 160  mg/L),  COD  (200-230  mg/L)  dan  TSS (55-85  μg/L).  Oleh  karena  itu,  air  limbah umpan  telah  memenuhi  persyaratan  diolah menggunakan  nano  adsorben  agar  tidak terjadi  penyumbatan  ( fouling ).  Sedangkan, hasil  pengamatan  menggunakan  SEM  dan TEM menunjukkan bahwa nano karbon aktif dalam  kolom  adsorpsi  telah  membentuk suatu jaringan terstruktur nano sebagaimana terlihat pada Gambar 2.
Gambar  2 .  Hasil  pengamatan  struktur Carbon  Nano  Tubes ( CNTs ):  a.  Foto  SEM, b. Foto TEM.

## 3.2.  Pengaruh Tekanan
Dalam  proses  filtrasi  maupun  adsorpsi menggunakan  nano  partikel  maka  ukuran padatan terlarut maupun konsentrasi padatan dalam  larutan  menjadi  pertimbangan  utama, dimana  konsentrasi  padatan  terlarut  untuk proses  nano  sebesar    ≤  0,1  mg/L.  Hal  ini disebabkan pada konsentrasi tersebut memungkinkan suatu padatan dapat melewati  adsorben  yang  berukuran  nano sehingga terhindar dari adanya penyumbatan ( fouling )  [13].  Oleh  karena  itu,  proses  nano adsorpsi diperlukan suatu tekanan agar suatu fluida dapat melewati adsorben nano karbon aktif.
Gambar  3  menunjukkan  bahwa  pada tekanan  operasi  yang  berbeda-beda  yaitu  2 dan  4  MPa  pada  berat  nano  karbon  aktif sebesar  150  g  memberikan  pengaruh terhadap besarnya penyisihan bahan pencemar,  dimana  semakin  besar  tekanan operasi  yaitu  4  MPa,  maka  proses  adsorpsi bahan pencemar (BOD, COD dan TSS) oleh adsorben  nano  karbon  aktif  semakin  besar penurunan  konsentrasinya  yang  selanjutnya berakibat  pada  semakin  cepat  tercapainya kondisi  jenuh  pada  permukaan  nano  karbon aktif dibanding pada tekanan operasi 2 MPa. Kondisi  jenuh  pada  tekanan  4  MPa  tercapai pada  menit  ke-60  (Gambar  3.b),  sedangkan pada  tekanan  2  MPa  tercapainya  kondisi jenuh pada menit ke-75 (Gambar 3.a).
Hal  ini  disebabkan  pada  tekanan  semakin besar  maka  fluida  akan  semakin  cepat mengalir  melewati  adsorben  nano  karbon aktif  sehingga  semakin  cepat  kontak  antara padatan  terlarut  dengan  adsorben  sehingga terjadi  kejenuhan  pada  permukaan  nano
karbon aktif yang berakibat pada penurunan kemampuan  adsorben  nano  karbon  aktif untuk  mengadsorpsi  padatan  ( solute )  yang terdapat dalam aliran fluida [14,15].
(a) (b)
Gambar  3 .  Pengaruh  tekanan  operasi  pada berat  nano  karbon  aktif  sebesar  150  g:  a. Tekanan 2 MPa, b. Tekanan 4 MPa.
Gambar  3.b  menunjukkan  bahwa  dengan tekanan  yang  besar  maka  pada  15  menit pertama  terjadi  penyisihan  bahan  pencemar yang  cukup  besar  (60%)  dari  konsentrasi awal  bahan  pencemar  dan  15  menit berikutnya  semakin  turun  kemampuan adsorpsi dari nano karbon aktif hingga menit ke-60,  dimana  pada  menit  ke-60  terjadi prosen  penyisihan  maksimum  dari  BOD, COD dan TSS masing-masing sebesar  96,4; 96,4 dan 94,5%. Namun demikian, besarnya penurunan  konsentrasi  bahan  pencemar  dan tercapainya  keadaan  jenuh  dari  pengaruh perubahan  tekanan  kurang  memberikan pengaruh yang signifikan, dimana kejenuhan tercapai  pada  menit  ke-60  dan  menit  ke-75 terdapat  perbedaan  prosentase  penurunan
konsentrasi  bahan  pencemar  sebesar  95- 96%.
Munandar,  dkk.  [8]  menyebutkan  bahwa pada adsorpsi air limbah tandan kelapa sawit menggunakan  nano  karbon  aktif  tersuspensi terjadi  penyisihan  COD  maksimal  sebesar 93,15% pada lama adsorpsi 8 jam.

## 3.3.  Pengaruh Berat Adsorben
Percobaan  dengan  menggunakan  berat  nano karbon  aktif  yang  berbeda-beda  yaitu  50, 100 dan 150 g tetapi pada tekanan sebesar 4 MPa diperoleh hasil percobaan sebagaimana Gambar 4.
Gambar  4  menunjukkan  bahwa  semakin berat  nano  karbon  aktif  ( adsorbent )  maka semakin  besar  kontak  antara  adsorben dengan  padatan  dalam  fluida  ( solute ) sehingga  semakin  besar  laju  penyisihan bahan  pencemar  per  satuan  waktu,  yang selanjutnya  berakibat  pada  semakin  cepat tercapainya  kondisi  jenuh  pada  permukaan nano karbon aktif [4,9,12].
Kondisi  jenuh  pada  berat  adsorben  50  g tercapai  pada  menit  ke-105  dengan  persen penyisihan  BOD,  COD  dan  TSS  masing- masing  sebesar  95,0;  96,5  dan  94,0%.  Pada berat  adsorben  100  g  tercapainya  kondisi jenuh  pada  menit  ke-90  dengan  persen penyisihan  BOD,  COD  dan  TSS  masing- masing sebesar 95,0; 95,4  dan 95,4%.
Sedangkan,  pada  berat  adsorben  150  g tercapainya  kondisi  jenuh  pada  menit  ke-60 dengan  persen  penyisihan  BOD,  COD  dan TSS  masing-masing  sebesar  96,4;  96,4  dan 94,5%.  Proses  adsorpsi  nano  karbon  aktif pada tekanan 4 MPa memberikan hasil akhir konsentrasi  pencemar  BOD,  COD  dan  TSS masing-masing sebesar 5 mg/L, 8 mg/L dan 0,03  mg/L,  dimana  hal  ini  jauh  dibawah baku  mutu  yang  ditetapkan  berdasarkan Kepmen  Lingkungan  Hidup  No.  05  Tahun 2014  yaitu  BOD  (100  mg/L),  COD  (250 mg/L), dan TSS (100 mg/L).
Kemampuan  nano  karbon  aktif  sebagai adsorben  dalam  menurunkan  konsentrasi pencemar  (logam,  bahan  organik  dan padatan  terlarut)  dalam  waktu  cepat  dengan berat adsorben yang relatif sedikit
merupakan  salah  satu  kelebihan  dari  nano karbon aktif [10,14,16].
(a) (b) (c)
Gambar  3 .  Pengaruh  berat  adsorben  pada tekanan  4  MPa:  a.  Berat  adsorben  50g,  b. Berat adsorben 100 g, c. Berat adsorben 150 g.

## 4.  KESIMPULAN
Tekanan operasi dan berat nano karbon aktif mempengaruhi  besar  penyisihan  bahan-
bahan  pencemar  ( pollutans )  air  limbah dalam  proses  adsorpsi  menggunakan nano carbon  tubes ( CNTs ),  dimana  pada  tekanan operasi  sebesar  4  MPa  dan  berat  nano karbon  aktif  150  g  dapat  menyisihan  BOD, COD dan TSS masing-masing sebesar 96,4; 96,4 dan 94,5%.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Peneliti  menyampaikan  terima  kasih  atas dukungan  pendanaan  dari  Kementerian Pendidikan, Kebudayaan, Riset, dan
Teknologi  melalui  hibah  penelitian  PTUPT tahun 2021.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] A.  Joshi,  A.  Y.  Desai,  V.  Mulye,
Seaweed  Resources  and  Utilization: An  Overview, Biotech.  Express ,  vol.
2, no. 22, hal. 46–50, 2015.
[2] N. A. Khan, S. U. Khan, S. Ahmed, I.
H.  Farooqi,  A.  Dhingra,  A.  Hussain, F. Changani, Applications of Nanotechnology in Water and
Wastewater  Treatment:  A  Review,
Asian  J.  Water,  Environ.  Pollut. ,  vol. 16, no. 4, hal. 81-86, 2019.
[3] A. Roy, J. Bhattacharya, Nanotechnology in Industrial Wastewater Treatment, London: IWA Publishing, 2015.
[4] B.  B.  T.  Patil,  Wastewater  Treatment using  Nanoparticles, J.  Adv.  Chem.
Eng. , vol. 5, no. 3, hal. 100131, 2015.
[5] I.  Gehrke,  A.  Geiser,  A.  Somborn-
Schulz, Innovations
in
Nanotechnology for Water Treatment,
Nanotechnol.  Sci.  Appl. ,  vol.  8,  hal. 1–17, 2015.
[6] Y. Yulianis, M. Mahidin, S. Muhammad,  Adsorpsi  Ion  Logam Tembaga  Menggunakan  Nano  Zeolit Alam yang Diaktivasi, Jurnal Litbang Industri ,  vol.  7,  no.  1,  hal.  61–69,
2017.
[7] S. E. Cahyaningrum, S. J. Santoso, R. Agustini,  Adsorpsi  Ion  Logam  Zn(II) dan  Cu(II)  pada  Kitosan  Nano  Bead dari Cangkang Udang Windu ( Penaus monodon ), J. Manusia
dan
Lingkungan ,  vol.  18,  no.  3,  hal.  200– 205, 2011.
[8] A.  Munandar,  S.  Muhammad,  S. Mulyati, Penyisihan COD dari Limbah  Cair  Pabrik  Minyak  Kelapa Sawit  Menggunakan  Nano  Karbon Aktif, Jurnal  Rekayasa  Kimia  dan Lingkungan ,  vol.  11,  no.  1,  hal.  24– 31, 2016.
[9] S.  M.  Abdelbasir,  A.  E.  Shalan,  An Overview of Nanomaterials for Industrial Wastewater Treatment, Korean J. Chem. Eng. , vol. 36, no. 8, hal. 1209–1225, 2019.
[10]  K. Jain, A. S. Patel, V. P. Pardhi, S. J. S. Flora,
Nanotechnology in
Wastewater  Management:  A  New Paradigm Towards Wastewater
Treatment, Molecules ,  vol.  26,  hal.
1797, 2021.
[11]  K. Sutanto, Teknologi Berbasis Nanomaterial  untuk  Remediasi  dan Pengolahan  Air, Zenodo ,  hal.  1–15,
2017.
[12]  S.  Singh,  V.  Kumar,  R.  Romero,  K. Sharma,  J.  Singh,  Applications  of Nanoparticles
in Wastewater Treatment,  Nanobiotechnology  in Bioformulations,  Nanotechnology  in the  Life  Sciences,  hal.  395–418,
2019.
[13]  C.  Ba,  Design  of  advanced  reverse osmosis
and
nanofiltration membranes  for  water  purification, Ph.D.  Dissertation,  Department  of Materials  Science  &  Engineerng, University  of  Illinois  at  Urbana-
Champaign, 2010.
[14]  I.  J.  El  Saliby,  H.  K.  Shon,  J. Kandasamy, S. Vigneswaran,
Nanotechnology for Wastewater Treatment:  in  Brief,  Water  and Wastewater  Treatment  Technologies, hal. 1–15, 1999.
[15]  A. Hasham, Selected Nanotechnology Applications  in  Industrial  Waste
Water Treatment: A Review, Int. J. of Environmental Pollution & Environmental  Modelling ,  vol.  1,  no.
3, hal. 71–76, 2018.
[16]  H.  K.  Shon,  S.  Phuntsho,  D.  S. Chaudhary,  S.  Vigneswaran,  J.  Cho, Nanofiltration for Water and Wastewater  Treatment  –  A  Mini Review, Drink.  Water  Eng.  Sci. ,  vol.
6, No. 1, hal. 47–53, 2013.